JP2010003475A - Fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance component accuracy and component strength and inexpensively manufacture a fuel cell stack. <P>SOLUTION: A casing 24 includes end plates 20a, 20b arranged at both ends in the stacking direction of a stack 14; a plurality of side plates 60a-60d arranged on the side of the stack 14; and a hinge mechanism 64 connecting the end plates 20a, 20b and the side plates 60a-60d. The hinge mechanism 64 includes first hinge members 66a, 66b fixed to the end plates 20a, 20b; second hinge members 68a-68d fixed to the side plates 60a-60d; and connection pins 70a, 70b. The second hinge members 68a-68d are integrally bonded by stacking a plurality of flat plates 76 by caulking them. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックに関する。   The present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is contained in a box-shaped casing. It relates to a battery stack.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜(電解質)を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより、燃料電池が構成されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. A fuel cell is configured by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of the electrolyte membrane with a separator.

通常、この燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数(例えば、数十〜数百)だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。この燃料電池スタックは、燃料電池の内部抵抗の増大や反応ガスのシール性の低下等を阻止するために、積層されている各燃料電池同士を確実に加圧保持する必要がある。   Normally, this fuel cell is used as a fuel cell stack in which a predetermined number (for example, several tens to several hundreds) is stacked in order to obtain a desired power generation. In this fuel cell stack, the stacked fuel cells need to be reliably pressurized and held in order to prevent an increase in the internal resistance of the fuel cell and a decrease in the sealing performance of the reaction gas.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックでは、アノード側電極とカソード側電極との間に介装された電解質を有する接合体と、前記接合体を挟持する1対のセパレータとを備える単セルが、所定の数だけ互いに電気的に直列接続された積層体を具備している。そして、積層体の外側には、集電用電極を介してエンドプレートがそれぞれ配設されるとともに、前記積層体及び前記集電用電極は、ケースに収容されており、前記エンドプレートがヒンジ機構によって該ケースに連結されている。   Therefore, for example, a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known. In this fuel cell stack, a predetermined number of unit cells each including a joined body having an electrolyte interposed between an anode side electrode and a cathode side electrode and a pair of separators sandwiching the joined body are connected to each other. The laminates are electrically connected in series. End plates are disposed on the outside of the laminated body via current collecting electrodes, and the laminated body and the current collecting electrodes are accommodated in a case, and the end plate is a hinge mechanism. Is connected to the case.

特開2002−298901号公報JP 2002-298901 A

上記のヒンジ機構では、エンドプレート及びケース等に、複数のヒンジ部材(筒状挿入部)が設けられており、前記ヒンジ部材に連結ピンが一体に挿入されている。この種のヒンジ部材は、一般的にプレス品で構成されている。このため、連結ピンを挿入するための孔部の真円度が得られ難く、部品精度が低いという問題がある。   In the above-described hinge mechanism, a plurality of hinge members (cylindrical insertion portions) are provided on the end plate, the case, and the like, and a connecting pin is integrally inserted into the hinge member. This type of hinge member is generally formed of a press product. For this reason, there is a problem that the roundness of the hole for inserting the connecting pin is difficult to obtain, and the component accuracy is low.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、部品精度及び部品強度を向上させるとともに、廉価に製造することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell stack that can be manufactured at low cost while improving component accuracy and component strength.

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックに関するものである。   The present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is contained in a box-shaped casing. It relates to a battery stack.

ケーシングは、積層体の積層方向両端部に配置される端板と、前記積層体の側部に配置される複数の側板と、前記端板と前記側板とを連結するヒンジ機構とを備えている。そして、ヒンジ機構は、端板に固着される第1ヒンジ部材と、側板に固着される第2ヒンジ部材と、前記第1及び第2ヒンジ部材に一体に挿入される連結ピンとを設けるとともに、少なくとも前記第1ヒンジ部材又は前記第2ヒンジ部材は、複数枚の平板を積層しカシメにより一体に結合して構成されている。   The casing includes an end plate disposed at both ends of the laminate in the stacking direction, a plurality of side plates disposed at the side of the laminate, and a hinge mechanism that connects the end plate and the side plate. . The hinge mechanism includes a first hinge member that is fixed to the end plate, a second hinge member that is fixed to the side plate, and a connecting pin that is integrally inserted into the first and second hinge members. The first hinge member or the second hinge member is configured by stacking a plurality of flat plates and integrally connecting them by caulking.

また、第1及び第2ヒンジ部材は、連結ピンが挿入される孔部を有するとともに、少なくとも前記第1ヒンジ部材又は前記第2ヒンジ部材は、平板に対して前記孔部の近傍に2ヶ所のカシメ処理が行われることが好ましい。   Further, the first and second hinge members have holes into which the connecting pins are inserted, and at least the first hinge member or the second hinge member is located at two locations in the vicinity of the holes with respect to the flat plate. A caulking process is preferably performed.

さらに、第1及び第2ヒンジ部材は、連結ピンを挿入される孔部を有するとともに、少なくとも前記第1ヒンジ部材又は前記第2ヒンジ部材は、平板に対して前記孔部を形成する壁部にカシメ処理が行われることが好ましい。   Furthermore, the first and second hinge members have a hole portion into which the connecting pin is inserted, and at least the first hinge member or the second hinge member is formed on a wall portion that forms the hole portion with respect to a flat plate. A caulking process is preferably performed.

本発明では、複数枚の平板を積層してカシメにより一体に結合されるため、従来のプレス品のヒンジ部材に比べて、連結ピンが挿入される孔部の真円度を高く維持することができ、部品精度の向上が容易に図られる。   In the present invention, since a plurality of flat plates are laminated and integrally joined by caulking, the roundness of the hole into which the connecting pin is inserted can be maintained higher than the hinge member of the conventional press product. Therefore, the accuracy of parts can be easily improved.

しかも、複数枚の平板は、カシメにより一体化されるため、連結ピンに荷重(せん断荷重)が付与された際、一部の平板に応力が集中することがない。これにより、複数枚の平板に応力を均等に分散させることが可能になり、ヒンジ機構に偏力が加わることを防止し、部品強度が良好に向上する。さらに、複数枚の平板を溶接又はろう付けする必要がなく、ヒンジ機構を廉価に且つ精度良く製造することができる。   In addition, since the plurality of flat plates are integrated by caulking, stress is not concentrated on some of the flat plates when a load (shear load) is applied to the connecting pins. Thereby, it becomes possible to disperse | distribute stress uniformly to several flat plates, it prevents that a biasing force is added to a hinge mechanism, and component strength improves favorably. Furthermore, it is not necessary to weld or braze a plurality of flat plates, and the hinge mechanism can be manufactured inexpensively and with high accuracy.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10の一部分解概略斜視図であり、図2は、前記燃料電池スタック10の一部断面側面図である。   FIG. 1 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional side view of the fuel cell stack 10.

燃料電池スタック10は、複数の単位セル12が水平方向(矢印A方向)に積層された積層体14を備える。積層体14の積層方向(矢印A方向)一端には、ターミナルプレート16a、絶縁プレート18及びエンドプレート20aが外方に向かって、順次、配設される。積層体14の積層方向他端には、ターミナルプレート16b、絶縁性スペーサ部材22(絶縁プレート18を用いてもよい)及びエンドプレート20bが外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック10は、四角形に構成されるエンドプレート20a、20bを端板として含むケーシング24により一体的に保持される。   The fuel cell stack 10 includes a stacked body 14 in which a plurality of unit cells 12 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction). A terminal plate 16a, an insulating plate 18 and an end plate 20a are sequentially disposed at one end in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 14 toward the outside. At the other end in the stacking direction of the stacked body 14, a terminal plate 16b, an insulating spacer member 22 (the insulating plate 18 may be used) and an end plate 20b are sequentially disposed outward. The fuel cell stack 10 is integrally held by a casing 24 including end plates 20a and 20b each having a rectangular shape as end plates.

図2及び図3に示すように、各単位セル12は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)30と、前記電解質膜・電極構造体30を挟持する薄板波形状の第1及び第2金属セパレータ32、34とを備える。なお、第1及び第2金属セパレータ32、34に代替して、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。   As shown in FIGS. 2 and 3, each unit cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 30, and a thin plate-shaped first and second sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 30. Second metal separators 32 and 34 are provided. Instead of the first and second metal separators 32 and 34, for example, a carbon separator may be used.

単位セル12の長辺方向(図3中、矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔36a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔38a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔40bが設けられる。   An oxidant gas supply for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with each other in the arrow A direction at one end edge of the unit cell 12 in the long side direction (the arrow B direction in FIG. 3). A communication hole 36a, a cooling medium supply communication hole 38a for supplying a cooling medium, and a fuel gas discharge communication hole 40b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

単位セル12の長辺方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔40a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔38b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔36bが設けられる。   The other end edge in the long side direction of the unit cell 12 communicates with each other in the direction of arrow A, and a fuel gas supply communication hole 40a for supplying fuel gas, and a cooling medium discharge communication hole for discharging the cooling medium. 38b and an oxidizing gas discharge communication hole 36b for discharging the oxidizing gas are provided.

電解質膜・電極構造体30は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜42と、前記固体高分子電解質膜42を挟持するアノード側電極44及びカソード側電極46とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 44 and a cathode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

アノード側電極44及びカソード側電極46は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜42の両面に形成される。   The anode side electrode 44 and the cathode side electrode 46 are uniformly coated with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 42.

第1金属セパレータ32の電解質膜・電極構造体30に向かう面32aには、燃料ガス供給連通孔40aと燃料ガス排出連通孔40bとを連通する燃料ガス流路48が形成される。この燃料ガス流路48は、例えば、矢印B方向に延在する複数本の溝部により構成される。第1金属セパレータ32の面32bには、冷却媒体供給連通孔38aと冷却媒体排出連通孔38bとを連通する冷却媒体流路50が形成される。この冷却媒体流路50は、矢印B方向に延在する複数本の溝部により構成される。   A fuel gas flow path 48 that connects the fuel gas supply communication hole 40 a and the fuel gas discharge communication hole 40 b is formed on the surface 32 a of the first metal separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30. The fuel gas channel 48 is constituted by, for example, a plurality of grooves extending in the arrow B direction. On the surface 32b of the first metal separator 32, a cooling medium flow path 50 that connects the cooling medium supply communication hole 38a and the cooling medium discharge communication hole 38b is formed. The cooling medium flow path 50 is configured by a plurality of grooves extending in the arrow B direction.

第2金属セパレータ34の電解質膜・電極構造体30に向かう面34aには、例えば、矢印B方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路52が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路52は、酸化剤ガス供給連通孔36aと酸化剤ガス排出連通孔36bとに連通する。第2金属セパレータ34の面34bには、第1金属セパレータ32の面32bと重なり合って冷却媒体流路50が一体的に形成される。   The surface 34a of the second metal separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30 is provided with, for example, an oxidant gas flow path 52 composed of a plurality of grooves extending in the direction of arrow B, and this oxidant gas. The flow path 52 communicates with the oxidant gas supply communication hole 36a and the oxidant gas discharge communication hole 36b. A cooling medium flow path 50 is integrally formed on the surface 34 b of the second metal separator 34 so as to overlap the surface 32 b of the first metal separator 32.

第1金属セパレータ32の面32a、32bには、この第1金属セパレータ32の外周端縁部を周回して第1シール部材54が一体成形される。第2金属セパレータ34の面34a、34bには、この第2金属セパレータ34の外周端縁部を周回して第2シール部材56が一体成形される。図2に示すように、第1及び第2シール部材54、56間には、固体高分子電解質膜42の外周が、直接、ケーシング24に接触することを阻止するために、シール57が介装される。   A first seal member 54 is integrally formed on the surfaces 32 a and 32 b of the first metal separator 32 around the outer peripheral edge of the first metal separator 32. A second seal member 56 is integrally formed on the surfaces 34 a and 34 b of the second metal separator 34 around the outer peripheral edge of the second metal separator 34. As shown in FIG. 2, a seal 57 is interposed between the first and second seal members 54 and 56 in order to prevent the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 42 from directly contacting the casing 24. Is done.

図1に示すように、ターミナルプレート16a、16bの略中央部には、積層方向に突出する棒状の端子部58a、58bが形成される。端子部58a、58bには、例えば、車両走行用モータ等の負荷が接続される。   As shown in FIG. 1, rod-shaped terminal portions 58a and 58b projecting in the stacking direction are formed at substantially the center portions of the terminal plates 16a and 16b. For example, a load such as a vehicle travel motor is connected to the terminal portions 58a and 58b.

ケーシング24は、端板であるエンドプレート20a、20bと、積層体14の側部に配置される複数の側板60a〜60dと、前記側板60a〜60dの互いに近接する端部同士を連結するアングル部材(例えば、Lアングル)62a〜62dと、前記エンドプレート20a、20bと前記側板60a〜60dとを連結するヒンジ機構64とを備える。側板60a〜60dは、例えば、薄板金属製プレートで構成される。   The casing 24 is an angle member that connects end plates 20a and 20b, which are end plates, a plurality of side plates 60a to 60d disposed on the side of the laminated body 14, and end portions of the side plates 60a to 60d that are close to each other. (For example, L angle) 62a to 62d, and a hinge mechanism 64 for connecting the end plates 20a and 20b and the side plates 60a to 60d. The side plates 60a to 60d are made of, for example, a thin metal plate.

ヒンジ機構64は、エンドプレート20a、20bの上下左右各辺に設けられる第1ヒンジ部材66a、66bと、側板60a〜60dの長手方向(矢印A方向)両端に設けられる第2ヒンジ部材68a〜68dと、交互に配列される前記第1ヒンジ部材66a、前記第2ヒンジ部材68a間、前記第1ヒンジ部材66a、前記第2ヒンジ部材68c間、前記第1ヒンジ部材66b、前記第2ヒンジ部材68a間及び前記第1ヒンジ部材66b、前記第2ヒンジ部材68c間に一体に挿入される短尺な連結ピン70aと、交互に配列される前記第1ヒンジ部材66a、前記第2ヒンジ部材68b間、前記第1ヒンジ部材66a、前記第2ヒンジ部材68d間、前記第1ヒンジ部材66b、前記第2ヒンジ部材68b間及び前記第1ヒンジ部材66b、前記第2ヒンジ部材68d間に一体に挿入される長尺な連結ピン70bとを設ける。   The hinge mechanism 64 includes first hinge members 66a and 66b provided on the upper, lower, left and right sides of the end plates 20a and 20b, and second hinge members 68a to 68d provided at both ends in the longitudinal direction (arrow A direction) of the side plates 60a to 60d. And alternately arranged between the first hinge member 66a and the second hinge member 68a, between the first hinge member 66a and the second hinge member 68c, the first hinge member 66b, and the second hinge member 68a. A short connecting pin 70a that is integrally inserted between the first hinge member 66b and the second hinge member 68c, and between the first hinge member 66a and the second hinge member 68b that are alternately arranged, Between the first hinge member 66a and the second hinge member 68d, between the first hinge member 66b, the second hinge member 68b, and the first hinge member. 6b, provided with elongate connecting pin 70b that is inserted into integrally between the second hinge member 68d.

第1ヒンジ部材66a、66bには、ピン挿入用の第1孔部72a、72bが形成される一方、第2ヒンジ部材68a〜68dには、ピン挿入用の第2孔部74a〜74dが形成される。   The first hinge members 66a and 66b are formed with pin insertion first holes 72a and 72b, while the second hinge members 68a to 68d are formed with pin insertion second holes 74a to 74d. Is done.

第1ヒンジ部材66a、66bは、エンドプレート20a、20bに一体成形されるとともに、第2ヒンジ部材68a〜68dは、側板60a〜60dとは個別に構成される。第2ヒンジ部材68a〜68dは、同様に構成されており、以下に、例えば、前記第2ヒンジ部材68bについてのみ詳細に説明する。   The first hinge members 66a and 66b are integrally formed with the end plates 20a and 20b, and the second hinge members 68a to 68d are configured separately from the side plates 60a to 60d. The second hinge members 68a to 68d are configured similarly, and, for example, only the second hinge member 68b will be described in detail below.

図5に示すように、第2ヒンジ部材68bは、複数枚の金属製平板76を積層してカシメにより一体に結合される。各平板76は、例えば、厚さが0.2mm〜10.0mmのステンレス鋼等の金属製ブランク材をプレスで打ち抜き加工される。   As shown in FIG. 5, the second hinge member 68b is formed by laminating a plurality of metal flat plates 76 and integrally coupled by caulking. For example, each flat plate 76 is stamped with a metal blank material such as stainless steel having a thickness of 0.2 mm to 10.0 mm.

平板76の一端側には、第2孔部74bが形成されるとともに、前記平板76の他端側には、長方形状の溝部78が形成される。平板76は、ダボカシメ部80を介して互いに連結されるとともに、このダボカシメ部80は、第2孔部74bの近傍に2ヶ所に設定される。各第2ヒンジ部材68bは、溝部78に取り付け板部材82を挿入させて、種々の接合方式によって接合される。   A second hole 74 b is formed on one end of the flat plate 76, and a rectangular groove 78 is formed on the other end of the flat plate 76. The flat plates 76 are connected to each other through a dowel-caulking portion 80, and the dowel-caulking portion 80 is set at two locations in the vicinity of the second hole portion 74b. Each second hinge member 68b is joined by various joining methods by inserting the attachment plate member 82 into the groove 78.

なお、取り付け板部材82を用いずに、第2ヒンジ部材68bを側板60bに直接接合してもよい。また、第1ヒンジ部材66a、66bは、エンドプレート20a、20bに一体に形成されているが、前記第1ヒンジ部材66a、66bは、上記の第2ヒンジ部材68bと同様に構成してもよい。   Note that the second hinge member 68b may be directly joined to the side plate 60b without using the attachment plate member 82. The first hinge members 66a and 66b are formed integrally with the end plates 20a and 20b. However, the first hinge members 66a and 66b may be configured in the same manner as the second hinge member 68b. .

図1に示すように、側板60a〜60dには、短手方向両端縁部にそれぞれ複数のねじ孔84が形成される一方、アングル部材62a〜62dの各辺には、前記ねじ孔84に対応して孔部86が形成される。各孔部86に挿入される各ねじ88がねじ孔84に螺合することにより、アングル部材62a〜62dを介して側板60a〜60d同士が固定される。これにより、ケーシング24が構成される(図4参照)。   As shown in FIG. 1, the side plates 60 a to 60 d are formed with a plurality of screw holes 84 at both edges in the short direction, and the sides of the angle members 62 a to 62 d correspond to the screw holes 84. Thus, the hole 86 is formed. When the screws 88 inserted into the holes 86 are screwed into the screw holes 84, the side plates 60a to 60d are fixed to each other via the angle members 62a to 62d. Thereby, the casing 24 is configured (see FIG. 4).

なお、アングル部材62a〜62dにねじ孔を形成する一方、側板60a〜60dに孔部を形成し、前記アングル部材62a〜62dを前記側板60a〜60dの内方に配置した状態で、これらを一体的にねじ止めしてもよい。   In addition, while forming screw holes in the angle members 62a to 62d and forming holes in the side plates 60a to 60d and arranging the angle members 62a to 62d inward of the side plates 60a to 60d, these are integrated. Alternatively, it may be screwed.

このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

先ず、第2ヒンジ部材68a〜68dを製造する作業について説明する。なお、説明の便宜上、第2ヒンジ部材68bの製造方法についてのみ、以下に説明する。   First, an operation for manufacturing the second hinge members 68a to 68d will be described. For convenience of explanation, only the manufacturing method of the second hinge member 68b will be described below.

各平板76は、プレスにより打ち抜き加工されるとともに、前記平板76には、第2孔部74bに近接して2つのダボ80aが成形される(図6参照)。1枚の平板76が、成形型90に対してダボ80aが下方に向かうように配置される。   Each flat plate 76 is punched by pressing, and two dowels 80a are formed in the flat plate 76 in the vicinity of the second hole 74b (see FIG. 6). One flat plate 76 is arranged so that the dowel 80 a faces downward with respect to the mold 90.

次いで、別の平板76は、ダボ80aが成形型90上の平板76のダボ80aの反対側の凹み部に配置されるようにして、前記平板76上に積層される。そして、上方の平板76のダボ80aを、下方の平板76の凹み部に押し込むようにして、カシメ処理が施される。これにより、2枚の平板76は、2つのダボカシメ部80を介して互いに一体に結合される。   Next, another flat plate 76 is laminated on the flat plate 76 such that the dowel 80 a is disposed in the recess of the flat plate 76 on the mold 90 opposite to the dowel 80 a. Then, the caulking process is performed so that the dowel 80 a of the upper flat plate 76 is pushed into the recessed portion of the lower flat plate 76. Thereby, the two flat plates 76 are integrally coupled to each other via the two dowel crimping portions 80.

同様にして、所定枚数の平板76は、順次、成形型90上でカシメ処理が施される。従って、所定枚数の平板76は、ダボカシメ部80を介して一体に結合されることにより、第2ヒンジ部材68bが製造される。   Similarly, the predetermined number of flat plates 76 are sequentially crimped on the mold 90. Therefore, the predetermined number of flat plates 76 are integrally coupled via the dowel crimping portion 80, whereby the second hinge member 68b is manufactured.

第2ヒンジ部材68bは、溝部78に取り付け板部材82が挿入されて前記取り付け板部材82に接合されるとともに、前記取り付け板部材82は、側板60bの端部に固着される。   The second hinge member 68b is joined to the mounting plate member 82 by inserting the mounting plate member 82 into the groove 78, and the mounting plate member 82 is fixed to the end of the side plate 60b.

このように構成される第1の実施形態では、第2ヒンジ部材68bが、複数枚の平板76を積層しカシメ処理(ダボカシメ部80)によって一体に結合されている。このため、従来のプレス品のヒンジ部材に比べて、連結ピン70bが挿入される第2孔部74bの真円度を高く維持することができ、部品精度の向上が容易に図られる。   In the first embodiment configured as described above, the second hinge member 68b is formed by laminating a plurality of flat plates 76 and integrally coupled by a caulking process (the dowel caulking part 80). For this reason, compared with the hinge member of the conventional press product, the roundness of the 2nd hole 74b in which the connection pin 70b is inserted can be maintained high, and improvement of component precision is achieved easily.

しかも、複数枚の平板76は、カシメにより一体化されている。従って、連結ピン70bにせん断荷重が付与された際、一部の平板76に、例えば、積層方向両端部の平板76に応力が集中することがない。各平板76同士は、ダボカシメ部80を介して一体に結合されているからである。これにより、複数枚の平板76に応力が均等に分散され、ヒンジ機構64に偏力が加わることを阻止し、部品強度が良好に向上するという効果が得られる。その上、複数枚の平板76を溶接又はろう付けする必要がなく、ヒンジ機構64を廉価に且つ精度よく製造することができる。   Moreover, the plurality of flat plates 76 are integrated by caulking. Therefore, when a shear load is applied to the connecting pin 70b, stress is not concentrated on some flat plates 76, for example, on the flat plates 76 at both ends in the stacking direction. This is because the flat plates 76 are integrally coupled to each other via the dowel crimping portion 80. As a result, the stress is evenly distributed to the plurality of flat plates 76, the biasing force is prevented from being applied to the hinge mechanism 64, and the effect of improving the component strength is obtained. In addition, it is not necessary to weld or braze a plurality of flat plates 76, and the hinge mechanism 64 can be manufactured inexpensively and with high accuracy.

さらに、平板76同士は、2ヶ所のダボカシメ部80により連結されている。このため、2つのダボカシメ部80が回り止め機能を有し、平板76同士が相対的に回転することを確実に阻止することが可能になる。   Further, the flat plates 76 are connected to each other by two dowel crimping portions 80. For this reason, the two dowel-caulking portions 80 have a detent function and can reliably prevent the flat plates 76 from rotating relative to each other.

次いで、燃料電池スタック10の動作について説明すると、図4に示すように、エンドプレート20aの酸化剤ガス供給連通孔36aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔40aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔38aに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、積層体14では、矢印A方向に重ね合わされた複数の単位セル12に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印A方向に供給される。   Next, the operation of the fuel cell stack 10 will be described. As shown in FIG. 4, an oxidant gas supply communication hole 36a of the end plate 20a is supplied with an oxidant gas such as an oxygen-containing gas, and a fuel gas supply communication hole. A fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to 40a. Further, a coolant such as pure water or ethylene glycol is supplied to the coolant supply passage 38a. For this reason, in the stacked body 14, the oxidant gas, the fuel gas, and the cooling medium are supplied in the arrow A direction to the plurality of unit cells 12 stacked in the arrow A direction.

図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔36aから第2金属セパレータ34の酸化剤ガス流路52に導入され、電解質膜・電極構造体30のカソード側電極46に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔40aから第1金属セパレータ32の燃料ガス流路48に導入され、電解質膜・電極構造体30のアノード側電極44に沿って移動する。   As shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 52 of the second metal separator 34 through the oxidant gas supply communication hole 36 a, and along the cathode side electrode 46 of the electrolyte membrane / electrode structure 30. Move. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas passage 48 of the first metal separator 32 through the fuel gas supply communication hole 40 a and moves along the anode side electrode 44 of the electrolyte membrane / electrode structure 30.

従って、各電解質膜・電極構造体30では、カソード側電極46に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極44に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 30, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 46 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 44 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.

次いで、カソード側電極46に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔36bに沿って流動した後、エンドプレート20aから外部に排出される。同様に、アノード側電極44に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔40bに排出されて流動し、エンドプレート20aから外部に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 46 flows along the oxidant gas discharge communication hole 36b, and then is discharged to the outside from the end plate 20a. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 44 is discharged to the fuel gas discharge communication hole 40b, flows, and is discharged from the end plate 20a to the outside.

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔38aから第1及び第2金属セパレータ32、34間の冷却媒体流路50に導入された後、矢印B方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体30を冷却した後、冷却媒体排出連通孔38bを移動してエンドプレート20aから排出される。   The cooling medium flows in the direction of arrow B after being introduced into the cooling medium flow path 50 between the first and second metal separators 32 and 34 from the cooling medium supply communication hole 38a. The cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 30, and then moves through the cooling medium discharge communication hole 38b and is discharged from the end plate 20a.

図7は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するヒンジ機構100の概略分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10を構成するヒンジ機構64と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 7 is a schematic exploded perspective view of the hinge mechanism 100 constituting the fuel cell stack according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the hinge mechanism 64 which comprises the fuel cell stack 10 which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

ヒンジ機構100は、複数枚の平板102を積層し、カシメにより一体に結合される第2ヒンジ部材68bを備える。平板102は、第2孔部74bを形成する壁部にダボカシメ部104を設けて各平板102同士が一体に結合される。なお、第2ヒンジ部材68a、68c及び68dは、図示していないが、上記の第2ヒンジ部材68bと同様に構成される。   The hinge mechanism 100 includes a second hinge member 68b in which a plurality of flat plates 102 are stacked and are integrally coupled by caulking. The flat plate 102 is provided with a dowel crimping portion 104 on a wall portion that forms the second hole 74b, and the flat plates 102 are joined together. Although not shown, the second hinge members 68a, 68c and 68d are configured similarly to the second hinge member 68b.

このように構成されるヒンジ機構100では、先ず、図8に示すように、各平板102がプレスにより打ち抜き加工されるとともに、第2孔部74bを周回するリング状ダボ104aが形成される。   In the hinge mechanism 100 configured as described above, first, as shown in FIG. 8, each flat plate 102 is punched by pressing, and a ring-shaped dowel 104a that goes around the second hole 74b is formed.

次いで、平板102は、成形型106に対してダボ104aが下向きになるように配置される。そして、次の平板102は、ダボ104aが前記成形型106上の平板102の第2孔部74bに対向するように、前記平板102上に配置される。さらに、ダボ104aにカシメ処理が施されることにより、2枚の平板102が一体に結合される。   Next, the flat plate 102 is arranged so that the dowel 104 a faces downward with respect to the mold 106. The next flat plate 102 is arranged on the flat plate 102 such that the dowel 104 a faces the second hole 74 b of the flat plate 102 on the mold 106. Further, the dowel 104a is subjected to a caulking process, whereby the two flat plates 102 are integrally coupled.

同様にして、所定枚数の平板102は、ダボ104aにカシメ処理が施されることにより一体に結合される。これにより、第2ヒンジ部材68bが製造される。   Similarly, the predetermined number of flat plates 102 are integrally coupled by applying a caulking process to the dowel 104a. Thereby, the 2nd hinge member 68b is manufactured.

このように構成される第2の実施形態では、複数枚の平板102は、カシメにより一体化されるとともに、第2孔部74bを形成する壁部にカシメ処理が施されている。このため、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる他、ダボ104aにより各第2孔部74b同士の位置決めが容易に行われる。従って、第2ヒンジ部材68b全体として、第2孔部74bの真円度を一層確実に高めることができるという利点がある。   In the second embodiment configured as described above, the plurality of flat plates 102 are integrated by caulking, and the caulking process is performed on the wall portion forming the second hole 74b. For this reason, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the second holes 74b can be easily positioned by the dowels 104a. Therefore, there is an advantage that the roundness of the second hole 74b can be more reliably increased as the entire second hinge member 68b.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。1 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the unit cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの斜視説明図である。It is a perspective view of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成するヒンジ機構の概略分解斜視説明図である。FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of a hinge mechanism constituting the fuel cell stack. 前記ヒンジ機構のカシメ処理の説明図である。It is explanatory drawing of the crimping process of the said hinge mechanism. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するヒンジ機構の概略分解斜視説明図である。FIG. 5 is a schematic exploded perspective view of a hinge mechanism constituting a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. 前記ヒンジ機構のカシメ処理の説明図である。It is explanatory drawing of the crimping process of the said hinge mechanism.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池スタック 12…単位セル
14…積層体 16a、16b…ターミナルプレート
18…絶縁プレート 20a、20b…エンドプレート
22…スペーサ部材 24…ケーシング
30…電解質膜・電極構造体 32、34…金属セパレータ
42…固体高分子電解質膜 44…アノード側電極
46…カソード側電極 48…燃料ガス流路
50…冷却媒体流路 52…酸化剤ガス流路
54、56…シール部材 60a〜60d…側板
64、100…ヒンジ機構
66a、66b、68a〜68d…ヒンジ部材
70a、70b…連結ピン 76、102…平板
78…溝部 80、104…ダボカシメ部
80a、104a…ダボ 82…取り付け板部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Unit cell 14 ... Laminated body 16a, 16b ... Terminal plate 18 ... Insulating plate 20a, 20b ... End plate 22 ... Spacer member 24 ... Casing 30 ... Electrolyte membrane and electrode structure 32, 34 ... Metal separator DESCRIPTION OF SYMBOLS 42 ... Solid polymer electrolyte membrane 44 ... Anode side electrode 46 ... Cathode side electrode 48 ... Fuel gas flow path 50 ... Cooling medium flow path 52 ... Oxidant gas flow path 54, 56 ... Sealing members 60a-60d ... Side plates 64, 100 ... Hinge mechanisms 66a, 66b, 68a to 68d ... Hinge members 70a, 70b ... Connecting pins 76, 102 ... Flat plate 78 ... Groove parts 80, 104 ... Dowel caulking parts 80a, 104a ... Dowel 82 ... Mounting plate member

Claims (3)

一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックであって、
前記ケーシングは、前記積層体の積層方向両端部に配置される端板と、
前記積層体の側部に配置される複数の側板と、
前記端板と前記側板とを連結するヒンジ機構と、
を備え、
前記ヒンジ機構は、前記端板に固着される第1ヒンジ部材と、
前記側板に固着される第2ヒンジ部材と、
前記第1及び第2ヒンジ部材に一体に挿入される連結ピンと、
を設けるとともに、
少なくとも前記第1ヒンジ部材又は前記第2ヒンジ部材は、複数枚の平板を積層しカシメにより一体に結合して構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel cell stack comprising a unit cell in which an electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is housed in a box-shaped casing. And
The casing includes end plates disposed at both ends in the stacking direction of the stacked body,
A plurality of side plates disposed on the side of the laminate;
A hinge mechanism for connecting the end plate and the side plate;
With
The hinge mechanism includes a first hinge member fixed to the end plate;
A second hinge member fixed to the side plate;
A connecting pin that is integrally inserted into the first and second hinge members;
And providing
At least the first hinge member or the second hinge member is configured by stacking a plurality of flat plates and integrally connecting them by caulking.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記第1及び第2ヒンジ部材は、前記連結ピンが挿入される孔部を有するとともに、
少なくとも前記第1ヒンジ部材又は前記第2ヒンジ部材は、前記平板に対して前記孔部の近傍に2ヶ所のカシメ処理が行われることを特徴とする燃料電池スタック。
2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the first and second hinge members have holes into which the connecting pins are inserted,
At least the first hinge member or the second hinge member is subjected to two caulking processes in the vicinity of the hole with respect to the flat plate.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記第1及び第2ヒンジ部材は、前記連結ピンを挿入される孔部を有するとともに、
少なくとも前記第1ヒンジ部材又は前記第2ヒンジ部材は、前記平板に対して前記孔部を形成する壁部にカシメ処理が行われることを特徴とする燃料電池スタック。
2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the first and second hinge members have holes into which the connecting pins are inserted, and
At least the first hinge member or the second hinge member is subjected to a caulking process on a wall portion that forms the hole portion with respect to the flat plate.
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